Данилин К.А., Луц А.Р.

САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ
СИНТЕЗ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ЛИГАТУРЫ Al-5%Ti-1%B
К.А. Данилин, А.Р. Луц
СамГТУ, Самара, Россия
SELF-PROPOGATING HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIS OF
Al-5%Ti-1%B MASTER ALLOY
K.A. Danilin, A.R. Luts
SSTU, Samara, Russia
Сплавы на алюминиевой основе нашли применение в космической,
авиационной и многих гражданских отраслях промышленности и на
сегодняшний день занимают второе место в мире по объемам производства.
Однако вопрос о повышении механических и эксплутационных свойств
алюминиевых
сплавов
остается
актуальным.
Среди
множества
предложенных способов решения данного вопроса, наиболее доступным и
эффективным является процесс модифицирования.
Особо широкое применение получила модифицирующая лигатура Al-TiB благодаря своей высокой эффективности и относительно небольшой
стоимости. На сегодняшний день существует три основных традиционных
способа получения лигатуры: сплавление чистых компонентов,
алюмотермическое восстановление модифицирующего металла из его солей
или оксидов и электролизное восстановление. В последние годы в СамГТУ
активно развивается новое направление по получению модифицирующей
лигатуры
Al-5%Ti-1%B с применением технологии, основанной на
сочетании традиционной практики литья и самораспространяющегося
высокотемпературного синтеза (СВС) – нового способа получения
тугоплавких соединений, открытого в 1967 г. академиком А.Г.Мержановым.
Принцип получения СВС-лигатуры заключается в экзотермическом
взаимодействии компонентов исходной шихты с расплавом алюминия,
протекающее в специально организованном режиме объемного горения [1].
Исходная шихта представляет собой стехиометрическую смесь реагентов –
порошков металлов с неметаллами, в данном случае – чистых порошков
титана и бора. Взаимодействие реагентов начинается после локального
инициирования реакции в небольшом слое шихты за счет тепла расплава
алюминия, а далее экзотермическая реакция распространяется по всему
объёму расплава. В результате за короткий временной промежуток 15-20
мин. синтезируются интерметаллидная фаза TiAl3 и керамическая TiB2.
Проведенные исследования показали оптимальную начальную температуру
расплава для получения данной модифицирующей лигатуры - 900°С.
Значительный положительный эффект оказывает и применение флюсов,
например, отечественного криолита, наличие которого позволяет
одновременно повысить качество лигатуры и удалить инородные включения.
Метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в
расплаве имеет ряд неоспоримых преимуществ, среди которых можно
выделить следующие:
- короткий цикл синтеза (15-20 мин. по сравнению с 1,5-2 ч. в
традиционных технологиях);
- пониженная температура синтеза (900°С по сравнению с
температурами от 1000°С в традиционных технологиях);
- снижение энергозатрат: уменьшение времени и температуры синтеза в
совокупности позволяет значительно понизить себестоимость производства в
целом;
- мелкокристаллическая структура: частицы интерметаллидной фазы
TiAl3 имеют исключительно блочную структуру размером не более 10 мкм, а
частицы керамической фазы TiB2 - не более 1-2 мкм, что, по мнению
авторитетных экспертов в данной области, является оптимальной структурой
[2];
- многовариантность исходной шихты: экспериментальные исследования
проводились с использованием 5 марок порошка титана различной
дисперсности (ПТОМ, ПТМ, ПТС, ПТХ-6, ТПП-7) и 2 марок порошка бора
различной степени чистоты (Б-92, Б-99) - на всех составах получены
удовлетворительные результаты;
- значительное уменьшение количества образующихся газообразных
фторсодержащих соединений, небезопасных для здоровья человека: в
предложенной технологии исключено использование покровных флюсов, а
количество вводимых в расплав не превышает 0,1% от массы расплава;
- повышение эффективности использования сырья: потери на угар в
исходных солях (например, K2TiF6 или KBF4), применяемых в традиционных
технологиях достигают 40% [3], использование же чистых порошков в
составе шихты, вводимой непосредственно в расплав, исключает потери
подобного рода.
Таким образом, введение новых подходов с точки зрения синергетики к
проблемам синтеза алюминиевых сплавов позволило найти новые решения в
вопросах получения известных сплавов из прежних компонентов, но уже на
принципиально новых условиях и значительно повысив качественный
уровень конечной продукции.
Список литературы:
1. Луц, А.Р. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез
алюминиевых сплавов Текст/А.Р. Луц, А.Г. Макаренко// М.:
Машиностроение.-2008.-175 с.: ил. – 100 экз. ISBN 978-5-94275-377-1.
2. Напалков, В.И. Легирование и модифицирование алюминия и магния
Текст/В.И. Напалков, С.В. Махов // М.: МИСИС.- 2002.- с.375.- Библ.:367375.- 1000 экз. ISBN 5-87623-100-2.
3. Строганов, Г.Б. Высокопрочные литейные Al-сплавы Текст /Г.Б.
Строганов и др. - М.: Металлургия. 1985.- с.216.-Библиогр.: с.215-216.
Резюме
В статье приводятся информация о разработанной в СамГТУ
принципиально новой технологии получения алюминиевых сплавов на
примере модифицирующей лигатуры Al-5%Ti-1%B.
Summary
The article includes information about a new technology of manufacturing
aluminum alloys, such as Al-5%Ti-1%B master alloy.